JPS6373145A - 電気化学的セル及びその使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 特定の環境での物質の存在および／またはその量の検出
は、その環境を監視または処理しようと試みる社会にお
いて重要性が高まってきている。

液体またはその他の流体媒質中の各種物質を測定する装
置の開発の歴史は長いにもかかわらず、感度、効率、経
済性および使用し易さについて改良する余地は未だ十分
残っている。かかる装置および測定法の中で、各種電気
化学的装置および方法は測定の特異性と適応性が高いた
め重要であることが示されている。

以下余白 〔発明が解決しようとする問題点〕 一つの型の電気化学的装置では、対象とする電気化学的
信号は主として電極表面のごく近くの小さな領域（「表
面領域」）での電極表面と対象とする溶液との間の相互
作用によっている。これらの装置では、動作電極表面か
ら短距離より遠くにある溶液（「バルク溶液（ｂｕｌｋ
　５ｏｌｕｔｉｏｎ）Ｊ　）の部分は対象とする反応お
よび／または相互作用に寄与せず、妨害することがある
。かかる装置を流体、詳細には生物学的媒質中で分析物
の測定に使用する場合に遭遇する問題点の一つは、溶液
の成分と電極との相互作用の大きさおよび／または溶液
中の反応の有効速度が電極を用いて測定した場合、バル
ク溶液と溶液の表面領域の間の相互作用によって媒介さ
れそして／または減少することがあることである。かか
る効果は表面活性種のバルク溶液への拡散および／また
はバルク溶液との相互作用による表面反応の減衰によっ
て起こることがある。例えば、測定する特性がｐｌ＋で
ある場合、バルク溶液の通常は大きな緩衝能が電極表面
の近くのｐＨの変化並びにｐｌ（の変化率を抑制するの
で観察される電極信号の大きさは実質的に減少しそして
／または時間依存性過程に対する電極の有効感応度は減
少する。

かかる効果を回避し且つ極めて短時間に互って電極と実
質的に完全に相互作用する容積へ溶液を限定するには、
比較的大容積で対象とする反応を行うことができ、他方
電極が効果的に連絡できる容積で結果を測定する装置を
提供することが望ましい。かかる特徴は、溶液と電極表
面との間に起こる反応および／または相互作用が特に選
択的であり、且つ溶液の表面領域とバルク溶液の間の干
渉、減衰作用等を少なくする。

〔従来の技術〕

興味ある文献には、ジェンス（Ｊｅｎｓｅ）らの米国特
許第４．０２０，８３０号明細書、ビーン（Ｂｅａｎ）
らの米国特許第３．９７５，２３８号明細書、シェンク
（Ｓｃｈｅｎｃｋ）の米国特許第４．２３８．７５７号
明細書、フジヒラ（Ｆｕｊｉｈｉｒａ）の米国特許第４
．４８６，２７２号明細書、ウニバー（Ｗｅｂｅｒ）の
米国特許第４，２９３，３１０号明細書、マルムロス（
Ｍａ　１ｍｒｏｓ）の米国特許第４．４４４，８９２号
明細書、および国際特許公告第ＷＯ３３１０２６６９号
およびＷＯ３５１０４０１８号明細書がある。イクスペ
リメンタル・エレクトロケミストリー・フォー・ＩＬ／
クトロケミスツ（Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙｆｏｒ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｃ
ｈｅｍｉｓｔｓ）　、ソーヤ−（Ｓａｔｖｙｅｒ）とロ
バーツ（Ｒｏｂｅｒｔｓ）著、ワイリー・インターサイ
エンス（Ｗｉｌｅｙ−１ｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ）、３
５０〜３５３頁も参照されたい。

興味ある米国特許明細占には、第４．１６８．１４６号
明細書であって、免疫同定法の試験ストリップに関し、
分析物の移動範囲が媒質中の分析物の量に関係している
もの、第４．２９８，６８８号明細書であって三ゾーン
・ストリップから成り、酵素生成物の移動範囲がグルコ
ース分析物の量を決定するもの、第４．２９９，９１６
号明細書であって分析物の検出の支持体を用いる分析技
術に関するもの、第４，３６１，５３７号明細書であっ
て放射免疫測定法（ＲＩＡｓ）と協同してストリップを
用いるもの、第４．３６６．２４１号明細書であって小
面積での分析媒質の特定成分を濃縮する小試験ゾーンを
用いることに関するもの、第４．４３５．５０４号明細
書であってチャンネリングを用いる免疫クロマトグラフ
に関するもの、第４．４４２．２０４号明細書であって
固形物支持体上の均一分析試薬を用い、標識された接合
体分析物複合体を分析物で置換して所望な信号を提供す
るもの、第４．５３３．６２９号明細書であって不均一
免疫分析法の同時較正技術を用いるもの、第４，４４６
．２３２号明細書であって標識された接合体と次いでリ
セプターによって占められたゾーンを有する固形支持体
を有し、分析物から標識された接合体に結合することに
よって標識された接合体をリセプター・ゾーンから検出
ゾーンへ横断させることができるもの、第４．４４７．
５２６号明細書であってキャリヤー・マ）　ＩＪソック
ス協同して均一な特異的結合分析系を用いるもの、およ
び第４．４５４，０９４号明細書であって媒質が横断す
る移動して離れた層を有し、一つの層からの試薬が媒質
中の分析物の量に関して他の層に拡散するものが上げら
れる。

〔問題点を解決するための手段〕

光凱勿微翌 電気化学的セルにおいて流体媒質中の分析物を計測する
装置と方法が提供される。この装置は、動作電極および
制御電極、および好ましくは基準電極を有するセルを用
いる。このセルはまたセルの容積を変化させる装置、セ
ルへ流体を導入したり取り出したりする装置および使用
される動作電極が光応答性電極である場合に動作電極の
光応答性表面を照射する照明装置も備えている。

本発明の好ましい態様では、動作電極および制御電極は
変位可能な関係で第一および第二の要素を有するか、ま
たはそれらの上に配設されるかあるいはコーティングさ
れる。

セルの容積は流体媒質の好都合な導入と取り出しのため
及び同時に比較的大容積の１種以上の希釈した反応物の
反応のための比較的大容積から、動作電極の表面で再生
可能な薄層に流体媒質が分布される測定中の小容積の間
で変化することができる。測定中には、流体の層は十分
に薄（、電極応答へのバルク溶液の干渉作用は実質的に
減少または除去され、小容積の使用流体が可能なかぎり
効率的に利用される。

本発明の方法は、特異的結合対の種であって、対の一方
が固形支持体に結合し測定中に動作電極表面の付近に濃
縮されるものに適用することが可能である。対のもう一
方は、通常はその相同な構成要素と反応して固形状支持
体に結合する。結合構成要素および未結合構成要素の間
の反応は比較的大容積で行うことができ、その後、はと
んどの流体をセルから排出して、分析媒質のほとんどが
不在の状態で電気化学的測定を行うことができる。

本発明の方法はバルク媒質が表面改質剤と反応してこの
改質剤を過度に希釈しがちである場合に特定の応用を見
出している。この方法は各種棒、層などにも応用され、
試薬を層の表面で測定して、特定の種の計測を行うこと
もできる。

昔定二…槙至脱肌 本発明によれば、比較的大容積で反応および／または分
離を行うことができ且つ特に大容積の１種以上の成分が
特定表面に関して濃縮された場合には比較的小容積で測
定することができる方法および装置が提供される。大抵
は、これらの方法および装置は流体媒質中での変化に応
答しやすい電極（「動作電極」）と副電極（「制御電極
」）と比較的大容積から比較的小容積にその容積を変化
させることができる室であって小容積が流体に応答性の
電極に近接して併置されるものとを有する。

本発明の装置は、調整可能な対向電極を用いる半導体表
面による物質の表面検出を用いる。通常は、検出可能な
物質を生成するのに触媒が用いられて、その触媒はいず
れかの表面に結合されていてもまたは表面間にあっても
よい。次いで、この装置は触媒反応の反応体または生成
物の濃度の変化を検出するのに用いられる。

この方法および装置は、分析物の存在を計測する特定の
用途を有する。分析物は通常は特異的結合対の一つ、す
なわちリガンドまたはりセプターであり、これにはタン
パク、糖、核酸などが、含まれ、これらは他の化合物、
すなわちその相同なリガンドに特異的に結合することが
できるものであることができる。多くの場合、具体的に
はタンパクリセブターの場合には、リセブターはそれが
特異的に結合する部位に比較して相対的に大きい。

この方法は通常は、動作電極と制御電極とによって縁ど
られている室に流体媒質を導入することからなり、基準
電極は室中の流体と電気的に連絡していることが望まし
い。

特異的結合対の構成要素は表面に結合して、測定時に流
体応答表面に近接するようにしてもよい。

従って、特異的結合対構成要素は動作電極、動作電極上
のコーティング、測定時に流体応答表面に近接している
粒子、動作電極に近接していることがある制ｉｎ極など
に結合してもよい。結合要素を動作電極に隣接して配置
する特定の方法は、適正な空間的関係が供され且つ配置
の方法がセルの容積の減少を妨害しない限り、本発明に
とって臨界的ではない。

この方法では、分析を行うための各種吸収性の層を用い
てもよい。例えば、吸収性層上で各種化学反応を行うこ
とによって分析を行ない、試料中の分析物の量に関して
検出可能な信号を生じる試薬を提供するようにすること
ができるであろう。

この層は、室中に嵌め込み、ピストンによって圧縮する
ことができる形状にする。ピストンが吸収性層の表面に
接触するだけでなく、吸収性層の表面に歪みを与え、ピ
ストンの直ぐ下の領域からピストンの外側の領域への分
子の輸送を減少させるのに十分な圧縮を行うのが特に好
ましい。通常は、この距離は、部分的には吸収性層の厚
さ、その組成並びに結果の精度に対する圧縮の影響によ
って決定される。例えば、圧縮の量は約０％〜５０％、
通常は約２％〜５０％、更に一般的には約５％〜５０％
の範囲で変化することができる。紙層の場合には、圧縮
を加えるとすれば、通常は高い値の範囲であり、ニトロ
セルロースのような更に堅い膜の場合には、より低い範
囲である。一般的には吸収性層または膜は約１０μ〜１
００μとなり、支持　　　体を含む全構造の厚さは約５
００μに増加する。

ストリップを各種方法で用いてもよい。上記のように、
標識された抗体のその相補的リガンドへの結合、洗浄、
現像溶液またはその他の検出可能な信号を提供する溶液
での含浸などの総ての化学操作はストリップ上で行うこ
とができる。あるいは、現像溶液が室内にあって、層が
室中に導入されたときにこの層が速やかに現像溶液を吸
収するようにしてもよい。もう一つの可能性としては、
室から伸び出している層の部分を現像溶液に含浸するこ
とによって溶液をピストン部位へ毛細管作用によって移
動させる方法がある。

それぞれの場合に、反応はピストン部位で起こり、これ
が信号を生じ、この信号をセンサーによって測定するこ
とができる。測定は、特定のプロトコールによって速度
の測定または平衡の測定であってもよい。

吸収性ストリップは、試薬を室内へ４人するのに用いる
こともできる。例えば、積層された２以上の層を用いて
、一つの層上に試料を置き、試薬を試料層の部位に輸送
するために他の層を使用し、この積層された層がセル内
にあるようにすることができる。次に、ピストンを移動
させて、試料層をセンサーに向かって押して、信号を生
じさせることができる。他のプロトコールも考えること
ができる。

セルは比較的大容積から比較的小容積まで変えることが
でき、−ｉ的には少なくとも２０の率、更に一般的には
少なくとも１００の率で変わり、１０４以上の率を達成
することもできる。容積の差は、可動性ピストンまたは
カム、弾性シート、可動性フランジ、そらせ板、空気袋
Ｚ　（ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ）などによって達成するこ
とができる。例えば、本発明の装置および方法は、比較
的速やかに容積の変化を行い、比較的大容積をセルに導
入してプロトコールの特定の工程を行い、セルの寸法を
減少させることによってセルから容積の大部分を取り出
すことができる。容積を減少させると、信号生成成分の
拡散半径が減少する。従って、信号生成成分は動作電極
の近傍に止どまるように制限される。

この方法は、リガンドおよび／またはリセプターの凝集
および集合を含む、広範囲のりガントおよびリセプター
に使用することができる。例えば、合成および天然薬剤
、ホルモンなどのハプテン；有害生物駆除剤、除草剤、
殺虫剤などの殺生物剤：糖および多ＩＪ！頻；脂肪酸、
脂肪酸エステル、リン脂質、ステロイド例えばコレステ
ロール、胆汁酸などの脂質；免疫グロブリン、血液因子
、リンホカイン、インターフェロン、成長因子、変態因
子、腫瘍遺伝子などのタンパク、ＤＮＡおよびＲＮＡの
ような核酸が分析物として用いることができる。

クラウン・エーテルのようなキレート剤を用いてイオン
を検出することができる。大規模では、ウィロイド、ウ
ィルス、染色体、オルガネラ、病原体、腫瘍細胞、正常
に分化した細胞、細菌、原生動物、後生動物、繊毛虫な
との原核細胞および真核細胞およびそれらの溶菌生成物
またはかかる溶菌生成物の分画、例えば膜分画を分析物
として用いることもできる。

本発明の方法の実施においては、試料を含む分析媒質中
の分析物は通常はバルク媒質から分離される。この分離
は特異的結合対の複合体形成によって達成され、特異的
結合対の要素の一方が固形支持体に結合される。あるい
は、分離は、濾過または遠心分離のような機械的手段に
よって達・成される。場合によっては、吸着またはキレ
ート化を用いることもできる。

特異的結合対要素では、特異的結合対の要素の一方は通
常は、上記のように固形表面に結合される。次に、溶液
を大容積または拡張した状態のセルに導入することがで
きる。流体で部分的または完全にセルを満たす。この流
体は特定の成分については比較的希薄であり、固形物表
面に結合された要素に対して相補的または相同的特異的
結合要素である。それ故、適当な時間インキュベーショ
ンを行うことにより、媒質中に存在する分析物は、表面
が結合した相補的要素に結合するようになることによっ
て？Ｈｍされる。このようにして、流体応答性の表面に
近接する表面上で相補的要素が濃縮されるので、比較的
大容積の分析物の希薄な溶液を処理することができる。

十分な反応またはインキュベーション時間の後、セルの
容積を減少させ、表面に結合した特異的結合要素間の複
合体を含む液体の薄いフィルムを残して液体をセルから
取り出すことができる。

追加の試料溶液をセル中に導入して、工程を繰り返し、
または他の溶液を導入して非特異的結合性反応物を洗浄
してバックグランドを除去し、更に別の試薬を添加する
ことなどもできる。プロトコールにおける工程の数は特
定の用いるプロトコールで変′わる。

分離に機械的手段を用いるときには、分析媒質を室中の
膜を通過させ、粒子６凝集物の一部分、細胞、ウィルス
または他の分離可能な物体である分析物を膜によって捕
集することができる。次に、膜を上記のように１種類以
上の溶液で処理した後、向かい合っている電極の一方ま
たは両方を移動させることによって動作電極に対して圧
縮して、２個の電極が膜を間に挾んで近接して併置され
るようにする。遠心分離では、試料を室中に導入して、
装置を遠心分離して粒子が電極の一方の表面に押しやら
れるようにすることができる。

あるいは、分析媒質を浸漬棒またはビックリング棒にお
けるような大型の構造の一部である膜に接触させるかま
たは通過させることができる。次に、この膜を分析プロ
トコールに従って処理してもよい。最終的段階では、向
かい合っている電極と検出可能な信号を提供するのに適
当な媒質とを有する室中に膜を導入して、電極を合わせ
ることによって膜を動作電極に押し付けることができる
。

動作電極は媒質の電位またはその他の検出可能な信号の
変化に応答する。電位の変化はｐｌ＋の変化、酸化また
は還元を受けやすい化合物の濃度の変化などの結果と考
えられる。測定される信号は光の放射または対照電極の
電位の変化を包含することができる。流体応答性電極の
面に媒質を通してまたは媒質上に光を照射する場合には
、信号の変化は媒質の吸収能または輻射能の変化の結果
と考えられる。

文献には、異なる信号を提供する多種多様な標識を含む
多数のプロトコールが記載されている。

標識が用いられる場合には、これらの標識には酵素など
の触媒、レドックス試薬、イオン種等がある。特定の標
識は、分析に要する感度、流体応答性電極の性状、試薬
の調製の利用可能性および容易さなどによって変わる。

場合によっては、細胞のように、媒質中での変化を提供
するために標識の必要のないものもある。例えば、栄養
媒質中の細胞は媒質のｐＨを変化させ、ｐＨの変化を流
体応答性電極によって検出することができる。

標識の例は米国特許第３．７９１，９３２号、第３．８
１７，８３７号、第３．９３５，０７４号、第３，９９
８，９４３号、第４，２３３，４０２号、第４．２０８
，４７９号、第４，２３３，４０１号、第４，２７５．
１４９号、第４，２７７．４３７号および第４．２７８
，３００号明細書に記載されている。標識のみならずプ
ロトコールについても、詳細はこれらの特許明細書を参
照されたい。

本発明の方法を行う場合に、特異的結合対要素では、動
作電極表面のような表面に結合したリガンドまたはりセ
プターを有する室を設ける。次に、試料を導入して、特
異的結合対の相補的要素を表面に結合させる。十分にイ
ンキュベーションまたは反応させた後、電極を互いに近
接させて極小容積だけが残るようにすることにより、流
体を取り出すことができた。次に、電極を離して室容禎
を増加させ、表面に結合した要素に対して相補的な結合
要素に接合した標識を有する試薬を加え、または分析物
が複数のエピトープ性部位を有する場合には分析物が表
面に結合するエピトープ部位とは異なるエピトープ部位
に特異的なりセプターを含んでなる標識された試薬を加
えることができる。

次に、試薬媒質の大部分を排除し、必要ならば洗浄溶液
を導入して洗浄し、次いで洗浄溶液を除き、所望ならば
信号を生成する試薬を加えることができる。例えば、酵
素が標識である場合には、酵素用の基質を導入すること
ができる。変化が分析物の量に関係するときには、動作
電極によって媒質からの信号の変化を測定し、媒質中の
分析物の量を計測することができる。

分析物が生細胞である場合には、生細胞の媒質に対する
作用を用いて細胞の存在を検出することができる。例え
ば、表面膜タンパクまたは〇−抗原などの特定の決定部
位に対する抗体を動作電極に結合させることができる。

試料を比較的大容積の電極に導入して溶液をインキュベ
ーションし、好適な抗原を有する細胞を表面に結合した
抗体と反応させ、測定セルから溶液を除去して容積を減
少させて光応答性電極表面を覆う薄いフィルムとするこ
とができる。次いで、細胞を媒質中で栄養を代謝させて
、ｐＨの変化を生じさせることができる。ｐＨの変化は
、特定の細胞の存在を示すものとして検出することがで
きる。所望ならば、測定を行う前に適当な媒質で洗浄し
て非特異的結合の存在を減少させまたは除去することが
できる。異なる栄養媒質を特定の順序で用いることによ
って、例えば、病原性細菌の存在を決定することができ
るだけでなく、特定の種および場合によっては菌株に特
異的な抗体によらないで菌株を決定することもできる。

また、上記のように、細胞はフィルター膜によって捕集
しまたは遠心分離して細胞を電極表面の近傍に集めるこ
とによって濃縮することができる。

装置は、溶液電位を制御する手段と電流を送る低抵抗手
段を有し、電流が対象とする部位の溶液の電位を実質的
に変化させないようにすることを特徴とする。電流は交
流でもまたは直流電流でもよい。

媒質の動作電極に対する効果を測定するのに用いられる
２つの方式は、光応答方式と容量方式とである。半導体
動作電極の表面電位に対する媒質の効果を検出するのに
用いられる方式によって、各種の回路、電極の形態、お
よび電極のバイアス化を用いて電位または電流を測定す
ることができる。回路は分析媒質と電極との間に電子の
移動があることもまたはないこともある。

光応答方式では、基準電極と協同して電位差測定を用い
る場合には、次のような形態のものが用いられる。すな
わち、（１）電子回路に伝導性結合した伝導性制御電極
、または（２）基準または別個の伝導性制御電極によっ
て制御される容量性対照電極（ψ）。第二の態様では、
伝導性制御電極が媒質と接触している場合には、コンデ
ンサーを介して制御駆動体、例えばポテンショスタット
または地面に接続することができる。媒質と接触する伝
導性制御電極が薄い絶縁性表面層を有する場合には、伝
導性電極は直接制御駆動体または地面へ接続することが
できる。

基準電極がない場合には、電極は溶液に対して伝導性で
なければならず、すなわち溶液のフェルミ水準に結合し
、例えばフェリフェロシアン化物のようなレドックス化
合物を用いなければならず且つ制御駆動体に伝導的に結
合しなければならない。

電流測定法（レドックス）では、基準電極を必要とし、
制御駆動体に伝導的に結合した制御電極が必要である。

容量性方式を基準電極と協同で用いる場合には、それぞ
れの電極を独立に刺激し、または周波数規定されるそれ
ぞれの部位について伝導性対照電極が用いられ、または
容量性制御電極を用いて基準または別個の対照電極が電
位ψを制御する。後者の形態では、伝導性電極は変調源
に容量的に結合しているかまたは薄い絶縁性表面層でコ
ーティングした伝導性電極が変調源に結合していてもよ
い。

基準電極がない場合には、形態は溶液に対して伝導性で
ある伝導性電極を存し、溶液のフェルミ水準に結合（フ
ェロフェリシアン化物）し、対照電極駆動体に伝導的に
結合している。

好ましくは、動作電極上の基準部位はあらゆる形態で用
いられ、熱的な、電極又はその他の経時的変化から生じ
る偏差を減少させる。

液体を輸送するには、フロー・セルおよびピッキングを
含む各種物理的態様が用いられる。装置は膜を備えてい
てもよく、この膜は分析の成分例えば細胞または粒子を
濃縮するのに用いられ、測定中に膜が動作電極の方向に
押圧される。

糸、ワイヤー、テープまたはその他の連続的支持体を用
いて測定セルの外側または内側の化学反応を行い、信号
が測定セル中に生成するようにすることができる。拡張
した支持体をロールに提供し、これを連続的または断続
的にリールに供給する。

上記の要素の外に装置の構成は、単一または複数の取り
入れ口および取り出し口およびセルの容積を変化させる
手段を有する。用いられる手段には、ピストン、ダイア
フラム、カム、ベロー、高ガス圧等がある。

第１図には、光応答性動作電極を用いる電気化学的セル
の例を模式的横断面図で表したものが示され、第２図お
よび第３図にはセル１０の詳細な横断面図が示されてい
る。セル１０は容器１２、ピストン１４、動作電極１６
および動作電極を支持する透明支持板１８を有する。光
源２０が支持板１８を通して動作電極１６を照明する。

透明な支持板１８は動作電極１６の表面上の部位に集光
するような形状を有する。ただ１個の光源を示している
が、複数の光源が存在して各光源が動作電極１６の特定
部位を照明するようにしてもよい。

入り口２２および２４を設けて、特定の必要に応じて取
り入れ口または取り出し口として利用することができる
。

ピストン１４は往復して、−ｉ的には上昇した「上」位
置（第２図）または一般的には低下したまたは「下」位
置（第３図）となるようにすることができる。容器１２
は動作電極１６と密封嵌合している。容器は、その中に
中空体として入り口部骨３０ａおよび３０ｂを有し、流
体を導入したりまたは引き抜いたりすることができる小
室を提供し、この小室は大きな室４０と連絡している。

その他の小室は室を通って外側へ通じるチャンネル入り
口を有して、各種溶液を導入したり取り出したりまたは
１個以上の参照またはその他の電極に接近するようにし
てもよい。

第１〜３図において、容器は０−リング３２を備えて洩
れを防いでいる。同様に、ピストン１４は０−リング３
６によって容器１２の壁と密封嵌合している。

室４０の容積は、室中で比較的大容積となり得るピスト
ン１４の上位置から、ピストン底部４２が動作電極の上
部表面４４に近接併置している下位置まで移動すること
によって調整される。ピストン底部４２と上部表面４４
は下位置において実質的に均一な間隔ｒＤＪおよび上位
置において距離ｒｄＪを有する。

大抵の場合、ピストン底部４２および上部表面４４は平
らであり、他の表面は円筒状、球状、傾斜状などの形を
取ることができる。ピストン底部４２と上部表面４４と
の間の間隔または試料深さは０，１μｍ程度まで小さく
することができ、通常は約５１論以下であり、通常は約
１１■以下であり且つ約０．　Ｇ　５　ｓ＊未満である
ことが多い。

ピストン１４は、ピストン底部４２に配置されている中
央電極７０が回路または地面に電気的に接続することが
できる限り、各種剛性材料の如何なるもので形成されて
いてもよい。電極材料は、対象とする測定、典型的には
金属−酸素反応以外のことに関連した信号を避けるため
、環境に対して化学的に不活性であるべきである。所望
ならば、ピストン１４に光源を設けて、試料を通して動
作電極１６を照明するようにしてもよい。

ピストン１４の往復運動を制御する特定の方法は臨界的
なものではなく、ピストンの正確な運動を定義するため
の多数の機械的、電気的および空気力がある。本図では
、ストップ・カラー３８を用いて、下位置での間隔を調
整している。

光源２０は、白熱灯、中空陰極灯、気体蒸気灯、発光ダ
イオード・レーザー、半導体ダイオード・レーザー、可
変染料レーザーなどの各種光源のいずれであってもよい
。好ましくは、光源２０は時間と共に変化する光信号を
供給する。例えば、光の強度は、既知の技法によって電
気的に変調させ、照射期間中、光源２０の出力を正弦波
的にまたは約１０１１ｚ〜１００ｋｌｌｚ　、通常は１
００Ｈｚ〜５０ｋＨｚ　、更に通常には、１〜２０ｋ）
Ｉｚの範囲の決定された周波数の波形で変化させること
ができる。あるいは、光源を変調することができない場
合には、動作電極１６に伝達される光の強度をチョッパ
ー、シャッターなどの機械的手段によって変調してもよ
い。

光源２０の強度が変調される場合には、光応答性動作電
極１６に由来する電子信号を、既知技法によって同期周
波数および／または相検出法、周波数選択される電子的
濾過、ゲート増幅器等で選択的に検出するかまたは測定
することができる。

所望ならば、光をレーザー、発光ダイオードなどの所望
な波長範囲を提供する光源を用いることによって選択さ
れた波長または波長の範囲に限定することも、または波
長を例えば回折格子、プリズム、フィルター、モノクロ
メータ−等で選択することもできる。波長範囲の選択は
、実施される測定または実験のタイプあるいは光応答性
電極が感受性を有する特定の波長範囲に関することがで
きる。

動作電極１６はモノリシック・ウェーハーまたは単一の
連続的プレートとして示されるが、動作電極は形態を変
化させることができる。単一のウェーハーではなく複数
のチップを用いることができ、それらは互いに電気的に
連絡していてもあるいはしていなくともよい。例えば、
チップはそれぞれ、電気的に互いに絶縁されていて共通
の回路または検出のための異なる回路に接続されていて
もよい。同じまたは異なる材料を複数のチップに用いて
、動作電極を同一の環境に対して異なって応答させるよ
うにしてもよい。同一の電極を異なる部位で異なる状態
に加工して異なる応答を供給するようにしてもよい。

第１〜３図に示した装置を用いて測定を行う場合には、
ピストンを上位置にしてチャンネル５２が注射針６３を
収容しており、この針は小室３０ｂに出ている状態で、
試料を取り入れ口５２導入することができる。試料溶液
は注射針６３によって室４０中へ導入され、分析測定の
ための反応が行われる。１種類以上の溶液を測定に適当
なだけ導入してよい。所望ならば、添加後にピストン１
４を下げて溶液がチャンネル５４を通って外側へ排出さ
れるようにすることによって試薬を排出することができ
る。適当な反応が起こって標識を表面４４に結合させた
後、ピストン１４を第３図に示したように下げて対照電
極４２と動作電極１６の上部表面との間の距離がＤとな
るようにする。動作電極１６に光源２０からの光を照射
することによって、電極１６および４２に近接している
標識の性状と相関を有する信号を得ることができる。

標識の量および標識が動作電極伝導体に対して有する効
果を分析物の量に関係させることができる。

本発明のもう一つの態様は第４図に示され、電気化学的
セル１０は、室４０に対して入り口および出口を提供す
る逆止弁６０および６２を有する。

ピストン１４が上昇すると、流体は室４０に流入し、反
対にピストン１４が低下すると、流体は逆止弁６２を通
って室４０から出て行く。逆止弁は、ボール弁、丁番弁
などのような各種弁の如何なるものであることもできる
。ピストン１４を往復させることによって、溶液を連続
的に順次導入し排出して、反応、洗浄、複合体結合の逆
転などのような各種処理を十分な時間待なわせることが
できる。例えば、自動化したサイクル化を行うことによ
って、ピストン１４の往復運動と協同して、試料の変更
に対して、洗浄および処理溶液を供することができる。

本発明の装置は少なくとも動作電極と対照電極を存する
が、好ましくは標準カロメル電極、恨−塩化銀電極また
は標Ｙ＃電位を提供するその他の電極のような基準電極
（図示せず）を有する。基準電極は、試料溶液と電気的
に接触させるために設けられる。基準電極は試料溶液か
ら離れており、ブリッジを設け、または例えばチャンネ
ル５４のような溝を通して試料溶液と直接接触させるこ
ともできる。好適な基準電極と配設技術は、例えば米国
特許第４，０２０，８３０号明細書に記載されている。

動作電極１６は好ましくは光応答性電極であり、光応答
性電極１６の両側には照射表面６６と溶液対向表面４４
を有する。既に記載したごとく、ピストンが光源を有す
る場合には、照射表面と溶液対向表面は同じである。

三電極配置での他の電極は電気化学的に不活性な制御用
電極７０であり、ピストン１４の底部と同様に動作電極
１６からの試料領域４０の両側に配設されるのが好まし
い。

光応答性動作電極１６は、好適な制御電極７０に関して
分極されていないかまたは分極されている。光応答性電
極１６は反転または前進バイアスのいずれかを用いて分
極することができ、：ｇ、流は電気的に連絡している非
金属媒質、通常は極性流体媒質、例えば水性媒質中を流
れるのを阻害されたり流されたりする。分極性光応答性
電極１６に好適な方法および回路は知られており、例え
ば国際特許公告第ＷＯ３５１０４０１８号明細書に記載
されている。

光応答性電極１６は好ましくは半導体電極であり、そこ
から参考電極について測定した電気的信号が、照射の効
果に依存し且つ光応答性電極１６の表面４４０表面電位
に依存して、誘専されるかまたは変化する。光応答性電
極１６は、ベース１８の表面６６の一部に配設されまた
はコーティングされたウェーハーまたはコーティングで
あってもよい。

光応答性電極１６は、例えば支持板１８の表面６６上に
コーティングされた薄い伝導性の金属相でまたは当業界
に知られているように支持板１８を通過したリードで適
当な電気回路（例えば、以下に説明する第５図）に接続
することができる。

第２図および第３図の配置では、光応答性電極１６の照
射表面６６は支持板１８に対向している。

光応答性電極１６の照射によって得られる電気信号は試
料領域４０に含まれる溶液の処理および成分によって影
響され、以下において更に詳細に説明するように溶液に
おける物質の存在、濃度またはその他の特性あるいは対
象とするその他の溶液特性を測定するのに用いることが
できる。

上記のように、動作電極１６は半導体材料であり、光応
答性であってもよい。半導体材料には、ケイ素、ヒ化ガ
リウム、セレン化ガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム
などがある。半導体材料は適当に、ｐ−またはｎ−型の
いずれかであり、固有のものであってもまたはホウ素、
アルミニウム、リン、ヒ素、アンチモンなどのようなド
ープ剤を用いてもよい。ドーピングの程度は広範囲に変
化することができ、多種多様な市販のドーピングしたウ
ェーハーを用いることができる。ドープ剤の濃度は通常
は経験的に変化して、所望な光応答を提供し、しばしば
便宜上から通常は約１０Ｉ０〜１０２０原子／　ｃｃの
範囲であり、ケイ素についてはその割合は約５〜２０オ
ーム／ｃｆｆｉとなる。光応答性材料は塩化ガリウムフ
タロシアニンを有する。リーク（Ｒｉｅｋｅ）及びアー
ムストロング（Ａｒｎ＋ｓｔｒｏｎｇ）　ＳＪ、Ａｍ、
Ｃｈｅｍ、Ｓｏｃ、、１９８４年、第１０６巻、４７〜
５０頁。

各種電気回路を用いて、溶液の増加分の状態の変化から
生じる光応答性電極１６の光応答性の変化を測定するこ
とができる。かかる回路の一例を第５図について以下に
説明する。これらの電気回路は主として光電位および光
電流またはそれらの組合わせから成る光応答性の変化を
測定することができる。回路を選択して、溶液の状態で
小さな変化を検出する最大感度を提供するようにする。

これらの測定は通常は光応答性として表される。

回路から観察される信号は、直流電流の変化、交流電流
の結果であるかまたは直流電流の交流電流に対する効果
の結果であることができる。

ウェーハーを動作電極１６に用いる場合には、それらは
チップ寸法とは異なり、各種の寸法および形状になって
その最大寸法は約００１ｍｍであり、またウェーハー寸
法は１００ｕ＋であってもよいが、通常は最大寸法は約
７５１重以下である。光応答性電極は、通常は少なくと
も１個の滑らかな表面または表面の滑らかな部分であっ
て、好ましくは平坦であり照射部位として用いられ、光
源から最大効率の照射を受けるように配置されているも
のを有する。ウェーハーは円形、矩形、長方形等でもよ
い。ウェーハーの厚さは通常は約１　＋ｎ以下であり通
常は約２Ｈ未満であり、一般的には約０．０５μ以上、
通常は約０．１　＊＊以上であり、照射表面が試料領域
に向かい合っているときには低い部分の範囲にある。

光応答性電極１６の試料に対向する表面４４は、例えば
膜タンパク、抗体、酵素、リガンドなどの各種生理活性
タンパクまたはその他の基質を含む各種物質と反応させ
て修飾して、光応答性電極の所望な応答を選択的に変更
することができる。これに代えて、またはこれと組み合
わせて、試料に対向する表面４４を各種有機シラン、詳
細にはハロゲン化物またはエステルと反応させ、表面の
有機コーティングを提供することができる。適用するこ
とができるコーティングの方法および型は、ケイ素表面
については国際特許公開第ＷＯ３３１０２６６６９号明
細占に記載されており、詳細は上記文献を参照されたい
。かかるコーティングは単独でもまたは適当な極性、化
学的性状または反応特性を有する例えばカルボン酸塩、
リン酸塩、アンモニウム、カルボン酸エステル、リン酸
モノ−、ジーまたはトリエステルなどの他の官能基と組
み合わせて用いることもできる。光応答性電極の表面に
結合した反応性基は更にタンパク、酵素、モノクローン
抗体またはポリクローン抗体、酵素基質、補酵素等と反
応させることによって修飾することができる。炭化水素
基、詳細には約６〜２４個の炭素原子を有する飽和また
は不飽和の脂肪族基が光応答性電極の表面に付着してい
るときには、第二の層を用いて二層膜を提供することが
できる。

あるいは両方の層に脂質形成安定ラメラ膜を用いて、表
面に共有結合が形成されるのを回避することもできる。

かかる基の例には、リン脂質、スフィンゴミエリン、ガ
ングリオシド、コレステロール性化合物、ホスファチジ
ル・イノシトール、アシルグリセロール、ワックス等が
あり、異なる基を用いる場合には、詳細にはコレステロ
ール性化合物を混合して用いる。

各種の他の材料を試料に対向する表面４４と共に用いる
ことができ、それらの材料は共有結合的にまたは非共有
結合的に結合していてもよく、または表面に対向する溶
液に隣接する位置に機械的に固定されていてもよい。こ
れらの材料は天然のまたは合成あるいはそれらの組み合
わせでもよい。

これらの材料には、厚さが通常は約０．２５〜５０ミル
の多孔性材料があり、通常は極性材料、例えばニトロセ
ルロース、部分加水分解されたポリ酢酸ビニル、ポリア
クリレート、タンパク、多＃Ｍ類例えばアガロース、セ
ルロース性材料例えばフィルター紙などである。これら
の層は独立な一体性または支持用の光応答性装置に依存
する。

光応答性電極は試料に対向する表面４４と照射表面６６
を有し、それぞれ約ＩＣ４〜約５０ｃＪ、通常は約５ｄ
〜約２５ｃｄの表面積を有する。照射表面６６および含
まれる試料対向表面４４の範囲は、光電気化学的電池１
０の物性、例えば試料領域の寸法、照射される面積など
に対応するように選択される。通常は、試料対向表面４
４と光応答性電極１６の照射表面６６が同じ表面でない
場合には、二つの表面はほぼ等しく延びていることもし
ないこともある。

電極の照射表面６６上の光応答性電極１６は、試料領域
４０に対向する光応答性電極１６の側部（光応答性電極
１６の溶液対向表面４４）（例えば第４図）または試料
領域４０と反対側の光応答性電極の側部（例えば第２図
および第３図）に照射してもよい。しかしながら、照射
表面６６が試料対向表面と反対側の光応答性電極１６の
側部（第２図および第３図）である場合には、光応答性
電極１６から成るウェーハーまたはコーティングは通常
は藩くて、少量の担体拡散層程度以下であり、通常は約
０．０１〜５１１である。通常はこの場合には、光応答
性電極１６の厚さは約０．０５μ〜０．５　ｍｍである
。

第２図および第３図に示された電気化学的セル１０の態
様では、補償電極７０は不活性な電気伝導性材料、例え
ば白金、金、イリジウム、ロジウムなどの貴金属であっ
て、対象とする媒質に電気化学的に不活性であり、測定
条件下では酸素と反応しないものから形成することがで
きる。

制御電極７０は、例えばＳｉ、ＧａＡｓなどの不活性な
半導体材料である試料溶液と接触する表面を有するよう
に形成させることもできる。制御電極７０は、例えば白
金含浸テフロンのような複合材料から完全にまたは部分
的に形成させることもできる。制御電極７０が透明であ
ることが望ましい場合、例えば試料領域４０および／ま
たは光応答性電極１６を第２図および第３図のピストン
１４を通して照射することが望ましい態様では、制御電
極７０は光応答性電極１６の照射に好適な孔または透明
部分を有するピストン底部４２上の層となるように形成
することができる。あるいは、かかる態様では、半透明
、半ば透明または透明な制御電極７０を用いることがで
き、次に、照射および電極応答の効率を最大にするため
、制御電極７０を底部４２の総てを被覆するようにする
ことができる。好適な光伝導性制御電極は、金、白金等
で部分的に金属化した薄い底部４２から形成することが
できる。

また、制御電極７０は、例えば酸化スズ、酸化インジウ
ム、二酸化チタン、または三酸化ストロンチウムチタン
のような透明または部分的に透明な半導体材料から成る
こともできる。制御電極７０は、底部４２上の光伝導性
ポリマー性半導体のコーティングから形成することもで
き、好適な用いられるポリマー性物質にはポリアセチレ
ン、ドーピングしたポリアセチレン、金属をドーピング
したポリアクリロニトリル、ポリピロール、ポリアルカ
ジエンなどがある。好適なドープ剤には、ヨウ素、硫酸
、五フフ化ヒ素、五塩化アンチモン、六フッ化ニトロア
ンチモンなどがあり、かかるポリマー性物質の伝導率は
電気化学的酸化を用いて改質することもできる。制御電
極７０の材料は、酸素および対象とする流体媒質と相溶
性を有するように選択される。

光応答またはその他の電気化学的セルから生じる電気的
信号の測定に好適な回路は、制御電極７０と動作電極１
６との間の電位を自動的に変化させて、動作電極１６の
照射表面６６の正弦波照射に応答して制御電極７０を通
して一定振幅の正弦波電流を維持するようにすることか
ら成る。例えば、動作電極１６の近傍の化学的環境にお
ける変動は、一定電流を維持するのに必要な電位を測定
することによって計測することができる。この測定方式
を定常振幅法と呼ぶ。

電気化学的セル１０で生じた光応答またはその他の電気
的信号の測定用の第二の好適な回路は、電流が動作電極
１６の表面６６の正弦波状照射によって誘起される場合
には、制御電極７０と動作電極１６との間の電位の掃引
と回路中の交流電流の振幅の測定から成る。こうして得
られる整列である加えた電位対光電流の振幅をデジタル
・エレクトロニクスで分析して、加えた電位に対する充
電流振幅のプロット上の最大（填料の点に相当する加え
た電位を決定する。この電位は、動作電極１６の付近の
化学的環境における変動と定量的に依存する。この測定
方式は、定常電位法と呼ばれる。

例示的回路のブロック図を模式的に第５図に示し、この
図ではケイ素ウェーハー動作電極１６、制御電極７０お
よび基準電極７８が示されている。

ポテンショスタット７４は、基準電極７８を介して溶液
電位を監視して、制御電極７０に必要な電位を加えるこ
とによって水性溶液８４と動作電極１６との間の電位を
制御する。７６の交流電流計は動作電極１６を通る交流
電流と出力８０に対するこの電流の振幅に比例する電位
を出力する。この信号は定常電位法で用いられる。この
方式では、スイッチ８６は開いている。スイッチ８６が
閉じると、ポテンショスタット７４に対するフィードバ
ック・ループが形成され、ポテンショスタット７４が溶
液から動作電極１６への電位を維持して、定常的な光誘
起交流電流を動作電極１６中に維持することができるよ
うにする。この定常振幅法ではポテンショスタット７４
は、溶液８４から動作電極１６への電位に比例する電圧
を提供する出力８２を供給する。

電気的応答としてキャパシタンスが用いられる場合には
、キャパシタンスの変化を低周波数電位掃引で重ねられ
る電位変調から生じる交流電流から計測することができ
る。

キャパシタンス信号の説明については、米国特許出願第
７６８．９７７号明細書を参照されたい。

既に述べた如く、光応答性電極はピストンの底部表面ま
たは試料室の底部であってもよく、制御電極は光応答性
動作電極に対抗したままになる。

電極の光伝導性によって、光は光ファイバー、光ガイド
などの各種手段によって光応答性電極の表面である試料
と接触している表面、または光応答性電極の反対表面に
向かう。

場合によっては、第二の光源を備えて、２個の光源が異
なる波長を有するようにすることが好ましい。２個の光
源を例えば異なる周１敗で、別個に変調することによっ
て、２個の光源から生じる光応答性電極から誘導される
電気的信号を好適な脱変調、濾過、同期検波またはその
他の技法によって分離することができる。

本発明のもう一つの態様は第６図および第７図に示され
ており、この場合拡張可能なまたは弾性材料を用いられ
、弾性材料を拡張しながら試料を導入し、反応を起こさ
せ、試料材料を排除して容積を減少させ、測定を行うこ
とができる。この態様は第６図および第７図に示され、
器具１００は屈曲性カバー１０２と、試料室の壁として
働くスペーサー１０．１と、室の床として働くベースプ
レート１０６と、光源１０８と、取り入れ溝１１０と取
り出し溝１１２を有する。屈曲性カバーは、加圧下およ
び圧放出時に拡張および収縮することができる如何なる
好都合な材料であってもよい。取り入れ口１１０は、好
都合な手段で液体源に接続されて、室１１６に導入する
ようにすることができ、取り出し日清１１２はなにか好
都合な廃棄用容器に接続されていてもよい。

スペーサー１０４は所望な試料の深さを供するように選
択され、測定中に試料の容積を制御する働きをする。ス
ペーサー１０４の厚さは、約０．１　ｉｍ〜約１龍であ
り、通常は約０．５　＊ｘ未満である。屈曲性カバー１
０２はドーピングを行い、制御電極として働くようにす
ることができれば、如何なる弾性材料でもよい。各種伝
導性材料を屈曲性カバー１０２として用いることができ
る。屈曲性のカバー１０２まで光を伝達することができ
るように透明である限り動作電極１１４をベースプレー
ト１０６にコーティングすることができる。リードをベ
ースプレート１０６にコーティングして、スペーサー１
０４下で延長して動作電極１１４を外部回路に接続する
ことができる。屈曲性カバーも上記回路と同様な回路を
用いて適当なリードによって外部回路に接続することも
できる。

次の態様は第８図に示され、この図はカートリッジ器具
と呼ばれる器具を模式的に示している。

カートリッジ器具１２０は、供給スプール１２２と取り
出しスプール１２４を有する。供給スプール上の担体材
料は多孔性および／または吸収性の各種、材料であり、
貫通孔を有するマイラー、フィルター材料、綿またはナ
イロン糸材料、またはその他のフィルム、糸等を形成す
ることができる材料であり、連続的または断続的な多孔
性または吸収性層を支持することができるものである。

供給スプール上の材料は実施される化学反応の担体とし
て働き、これら化学反応を阻害せず、分析に必要な所望
な特性を供するように選択される。

担体材料は、担体を導入すると同時に試料室１２８から
溶液が洩れ出すのを防止する働きをする第一のガイド１
２６を通して供給される。本発明の態様では、担体は試
料溶液を通過するように示されている。、または、注射
器があって試料の液滴を試薬が存在するまたは存在しな
い担体上の所定の位置に置くことができる。この試料を
加熱またはその他の処理によって乾燥して試料を担体に
張り付けることもできる。

上記のように、担体は多数のコーティングを有するが、
２個のコーティング１３０および１３２だけを図示して
いる。これらのコーティングは、スポット、線、バッド
などとして存在してもよく、１種類以上の試薬を有して
、試料室の試料と相互作用させることができる。例えば
、コーティングスポット１３０および１３２は異なる２
個の抗体であるかまたは２個の異なるリガンドなどであ
ってもよい。一つのスポットは試料に関するものであり
、もう一方のスポットは対照を提供するものであっても
よい。

複数の洗浄および試薬溶液室１３４　、１３６および１
３８を用いて、室１３４では複数のガイド棒１４０が存
在するようにしてもよい。ガイド棒は担体材料の伸長し
た通路を準備し、担体材料が室１３４に保持される期間
を延長するようにする。洗浄および試薬溶液室のそれぞ
れは隔＾「ガイド１４４によって隔離され、担体材料１
４２が連続的に移動でき、一つの室から次の室の溶液が
混合するのを防止することができるようになっている。

セパレーク−１４２は各種シリコンゴムまたは同様なガ
スケット、弾性輪などであって、洩れを防止するだけで
なく、担体材料を絞り出して、一つの室から次の室へ送
られる量を最低限にすることができる。

担体材料が洗浄および試薬溶液室を通過した後担体材料
は反応室１４６へ入る。反応室の底部は、動作電極とし
てのシリコンウェーハー１４８を有するように示されて
いる。ピストン１５０は伝導性であり、好ましくは薄い
絶縁体でコーティングされており、複数の機能を有する
。洩れを防止するために、ピストン１５０はＯ−リング
１５２を存して、溶液が損失しないように密封しである
。ピストン１５０はオリフィス１５４を有し、反応室１
４６とピストン室１５６　との間で連絡している。ピス
トン室１５６の内部には、基準電極１５８がリード１６
０によって回路（図示していない）に結合されている。

ＬＥＤ１６２ａおよび１６２ｂはシリコンウェーハー１
４８の下に配置され、担体１４２上のコーティング１３
０および１３２の下のシリコンウェーハーの領域を照明
する。

器具１２０全体はカートリッジ・ハウジング１６４に嵌
まるように構成することができる。

制御電極としてのピストン１５０および動作電極として
のウェーハー１４８は、上記のように参考電極１５８が
結合している回路へ結合することができる。

分析を行う場合には、担体材料に特定の試薬例えば抗体
をスポットする。複数のスポットを用いてもよく、抗体
は同じでもまたは異なっていてもよい。試薬スポットは
特定のプロトコールに従って分離され、試料室１２８へ
試料の導入及びこれからの試料を取り出が可能となる。

例えば、予め計画された方法によって、ポンプを用いて
試料を導入し、試料を除去し、試料室１２８を洗浄し、
次いで新規試料を導入する。試薬スポットが試料室に止
どまっている時間は、吸収スプール１２４の速度と室中
の試薬ス°ポフトの通路の長さによって制御される。勿
論、吸収スプールは連続的である必要はなく、断続的に
移動して、各種位置での時間を予め決められた計画また
は各測定と関連した計画にしたがって変化させてもよい
。

例示される方法では、試薬スポットは２種類の異なる抗
体であり、試料が唯一つのリガンドを含むことが知られ
ている場合には、他のスポットは対照またはネガティブ
して働く、２個のスポットは試料室に入り、存在するリ
ガンド・と反応させることができる。試料室から、反応
したスポットが反応室に移動し、この反応室は担体上の
スポットの抗体が結合するのとは異なるリガンド上のエ
ピトープ部位に特異的なモノクローン抗体を含む。

滞留時間は担体が棒の周りに移動して反応室１３４の通
路が延長されることによって延長される。

反応室１３４から担体は第二の反応室１３６へ移動し、
この反応室は例えば抗マウス抗体に接合したウレアーゼ
のような酵素を含み、第二の抗体はマウス免疫グロブリ
ンであった。例えば、リガンドに結合するマウス抗体は
サンドイッチ分析法を提供し、接合体によって結合され
、担体に結合するウレアーゼの量は、試料中のリガンド
の量に比例する。

反応室１３６から、担体は洗浄室１３８へ移動し、非特
異的に結合した酵素接合体は担体から取り除かれ、ＩＵ
棒体上反応スポットに結合している酵素の量は特異的に
結合していることが保証される。

次に担体は、洗浄室１３８から反応室１４６へ移動する
。反応室１４６は酵素の試薬の基質を含む。ウレアーゼ
の場合には、これは一般的に酵素にとって最適であるｐ
Ｈでは尿素であるが、媒質は比較的軽度に緩衝化されて
おり、例えば、約５０ｍＭ未満であり、通常は約１ｍＭ
未満であり、典型的には１００μＭであり、尿素の加水
分解時のｐＨ変化を妨げないようになっている。

反応スポットが反応室へ移動するとそれらはＬＨＤ１６
２ａおよび１６２ｂ上に配置されて、そこに停止される
。次にピストン１５０を押し下げて、ウェーハー１４８
に対して担体１４２を押圧し、源ボットから水酸化物イ
オンがその中に拡散した液体媒質のほとんどを除去する
。担体材料は十分な量の基質を保持しており、酵素反応
が進行しウレアーゼの場合には、酵素の存在によってｐ
Ｈが実質的に変化するようになる。

ＬＥＤを交互に作動させることによって、一方の部位で
のｐＨがもう一方の部位のｐｌ＋と比較して上昇するこ
とは、特定の部位に抗体と関連するりガントが存在する
ことを示している。測定を行ってしまった後、ピストン
を上昇させ、吸収スプールは反応室から消費された反応
物部位を除去するように旋回して、反応室が次の反応物
スポットを収容するようにする。

反応室で最初は基質の容積が比較的大きいことによって
、反応物スポットで起こった小さな反応は希釈されてし
まうので、基質溶液を変えることなく複数の測定を行う
ことができる。この方法では、カートリッジを比較的小
型にして適当な回路とスプールを移動させる機械を有す
る装置に嵌め込み、スプールが消費されてしまったら、
所望ならば、カートリッジを廃棄しまたは取り外しても
よい。連続分析では、各種室を流して、連続的または断
続的な溶液の補給を行うことができる。

次の第９図における態様はフィルター・フロー・セルで
ある。この態様では、細胞、ウィルス、膜フラグメント
、合成粒子などの対象とする粒子をフィルター膜上で濃
縮することができ、この膜は動作電極に近接して、通常
は約１００μｍ以下で配置することができる。フィルタ
ー・フロー・セル１７０はピストン１７２と、伝導性棒
１７６によって外部回路に接続した制御電極１７４を有
する。ピストンの周りの洩れは０−リング１７８によっ
て防止される。フィルター膜１８０は制御電極１７４と
好ましくはシリコンウェーハーである動作電極１８２と
の間に配置される。ハウジング１８４は入りロチヤンネ
ル１８６を有し、このチャンネルはフィルター膜の下に
取り出し口１８８を有する。

シリンダー１９０はハウジング１８４に嵌まり、ピスト
ン１７２を収容し、支持体１９２および１９４と共にフ
ィルター膜１８０を配置する働きをする。シリンダーは
ハウジングから外すことが可能であり、それぞれ膜を使
用した後、シリンダーはハウジングから取り出され、消
費した膜を廃棄して新しい膜が１９２および１９４に配
置され、シリンダー１９０によって所定位置に固定され
る。反応室１９６はピストン１７２の移動に連れて容積
が変わり、ピストンは一般的には反応中は上位置にあり
且つ測定中は動作電極に対してフィルター膜１８０を押
圧する下位置にある。反応室１９６は出口チャンネル１
９８を有し、そこから過剰の液体が反応室１９６から除
かれる。各種０−リングを配し、ハウジングまたはシリ
ンダーを通る洩れを最少限にしているが、個々について
説明の必要はない。

２個のセルを縦に配置して、第二のセルが第一のセルか
らの濾過された媒質を収容するようにすることができる
。第二のセルは膜を有する必要はないが、試料セルでの
系の正確な再現性を供するには、膜を有していることが
できる。濾過された媒質を対照セルおよび２個のセルに
対する共通回路を使用することによって、２つのセルの
間の信号の差は、試料セル中の分析物の存在と相関する
ことになる。

分析を行うには、ピストンを上昇した位置にして、試料
を取り入れロチヤンネル１８６を通して室１９６に導入
し比較的大容積の流体が室１９６を通過し、出口チャン
ネル１９８からでて行くようにする。

試料が反応室１９６を通過した後、更に試薬溶液、洗浄
溶液などを反応室中を通過させ、フィルター膜１８０に
よって捕集された分析物の存在に関連した各種反応が起
こる。ピストン１７２を下位置に下げ、フィルター膜１
８０を動作電極１８２に接近させる。次に、基￥を溶液
を入りロチヤンネル１８６を通して導入して、反応室の
容積が小さいまま、基質溶液をフィルター膜と接触させ
る。フィルター膜材料を適当に選択することによって室
の容積を更に減少させるため、ピストンを下方に一杯に
下げ、フィルター膜１８０を動作電極１８２の表面２０
０に押圧させることができる。この方法では、試薬は動
作電極に近接しており、測定を最低限度の容積で行うこ
とができる。更に、フィルター膜は測定中に水分を保持
し、媒質によって取り巻かれている。

取り出し口に基準電極を配設して、上記のように回路を
設けるのが好ましい。光応答性電極を用いるときには、
光源を用いるかまたはシリコンウェーハー中での容量性
要素に対する媒質の効果によって容量性測定を行うこと
ができる。

次の態様では、上記装置と同様に多くの要素を有するウ
ィッキング（Ｗｉｃｋｉｎｇ）装置を用いる。第９図の
フィルター・フロー・セルと同様に、ウィッキング装置
２１０はハウジング２１２、ウィッキング材料２１４お
よび制御電極としても働くピストン２１６を有する。内
部壁２１８は、ピストン室として働き且つフィルター膜
２２０を光応答性電極２２２の近位の位置に固定する。

基準電極２２４が設られ、これはウィッキング材料２１
４を介して湿ったフィルター膜２２０と接触している。

０−リングを設けて洩れを防いでいる。ピストン２１６
は試薬室２２６及びオリフィス２２８を有し、このオリ
フィスを通して試薬がフィルター膜２２０と接触する。

２個のＬＥＤ２３０が示されているが、これらは第１０
ｃ図に示されるように、含浸することができまたは異な
る部位でフィルター膜２２０上に存在することができる
異なる化合物に関連したシリコンウェーハーの特異的部
位を照明するのに複数のＬＥＤを用いることができると
いう事実を単に例示するものである。

各種電極を適当な回路に接続して、光応答性電極２２２
の表面で起きる反応に関連してシリコンウェーハーから
得られる光応答性信号を変化させる媒質での変化を測定
してもよい。

第１０ａ図では、オリフィス２２８で終わっている室２
２６をピストン２１６が囲んでいる。上から見れば、ピ
ストンはオリフィス２２８を有する壁２１６として見え
る。

分析を行う場合に、各種の部位に適当な化学を有するフ
ィルター膜２２０を配置する。第１０ｃ図に示されるよ
うに、６個の化合物が異なる位置のドツト２３２によっ
て示されている。また、それぞれのドツト２３２は異な
るリセプター例えば抗体または異なるリガンドまたはそ
れらの組み合わせを有すると考えることができる。ドツ
ト２３２はシリンダー２１６の下になるように配置され
る。

分析を行うには、試料溶液、試薬溶液および洗浄溶液を
適当なプロトコールによって、特定の溶液に依存して次
々とまたは一度に加えることができ、溶液は、オリフィ
ス２２８を通過して、ピストン２１６の下の領域２３４
中に伸び、溶液をフィルター膜２２０によって吸収され
るであろう。次に、媒質は毛細管作用によって膜２２０
を通してウィッキング材料２１４に移動し、ウィッキン
グ材料は流体を吸収して、次の流体を添加することがで
きるようにする。それぞれの流体は同じ通路を移動し、
ウィッキング材料中で完全に消費される。ピストン２１
６は固定してもよくまたは好ましくは可動性であっても
よく、ピストンがフィルター膜２２０をシリコンウェー
ハー２２２に向かって絞り、シリコンウェーハー２２２
と接触する液体の容積を最少限にすることができる。次
に、関連のＬＥＤによりスポットの下の領域を順次照射
することによってスポット２３２のそれぞれを個別に検
査することができる。この方法では、複数の測定を容易
に行うことができる。装置を解体して、消費されたフィ
ルター膜２２０を廃棄して新しいフィルター膜を逗大し
て、工程を繰り返すことができる。

もう一つの態様は、第１１図に示され剛性フィルター装
置と呼ばれる。第１１ａ図では、装置２５０は制御電極
としても働く溝付きピストン２５２を有する。装置のベ
ースは動作電極２５４であり、好ましくはシリコンウェ
ーハーである。シリンダー２５６は溝付きピストン２５
２を収容して、底部はフィルター膜２５８で囲まれてい
る。装置本体２６０は各種試料、試薬溶液および洗浄溶
液を導入することができる入りロチヤンネル２６２を有
する。装置本体は０−リング２６４を有して、動作電極
２５４に洩れ防止シールを配している。第１１ｂ図は複
数の溝２６６を有する溝付ピストン２５２の平面図であ
る。

溝は装置本体２６０と動作電極２５４によって定義され
る室から流体が流出できるようにしている。

この、装置では、膜を曲げて動作電極２５４に対して押
圧する必要はないので、膜が堅く且つ脆いかまたは屈曲
性であってもよい点を除けば、第９図に示した装置と同
様に作動する。分析を行うには、試料溶液を取り入れ口
２６２を通して室２６８に導入し、粒子例えば細菌細胞
をフィルター膜２５８上に集める。比較的大きな試料を
室２６８に４人して、フィルター膜２５８を通過させる
ことができる。試料の導入が完了したら、ｐＨの変化を
起こすことのできる成分を有する栄養媒質を導入しても
よい。

次に、シリンダー２５６を押し下げて圧縮してシリンダ
ーを装置本体２６０の壁内を滑らせ、膜２５８を動作電
極２５４に押圧する。ピストン制御電極２５２を次に下
げてフィルターを押圧し、動作電極２５４に隣接する反
応容積を最低にする。フィルター膜２５８上に集められ
た細胞の代謝の結果としてのｐＨの変化を、検出するこ
とができる。

次の装置は、第１２図に示され、ダイアフラム−装置と
呼ばれる。この装置は、ダイアフラムとセンサーを介し
て溶液を送り且つピストンなしでフロー・セルの容積を
減少させる空気圧を用いる。

この装置は更に、容量性測定並びに光測定に適合する配
置を示す。別個にワイヤーを付けた制御電極を用いると
、制御電極のそれぞれの電位を変調し、生成する交流電
流を測定することによってＬＥＤなしにウェーハー上の
離れた部位を監視することができる。この装置のもう一
つの特徴は、参考セルを配設したことである。同一のシ
リコン片に２個のセルを配設することによって、試料と
対照の読みを複合的にすることができる。対照の読みを
用いて、基準電極、シリコン、エレクトロニクス装置ま
たはその他の装置の成分の熱的ドリフトのごとき、温度
または他の要素が試料に無関係な信号に変化を生じるド
リフトを差し引くのに用いることができる。共通の基準
電極は、試料および基準セルでの同じ溶液電位を保証す
る。

この装置では、試料の化学物質は制御電極または一方の
セルでのシリコン表面では固定化されるが、他の電池で
は固定化されない。総ての溶液を試料セルを通して順次
基準電池へと送液し、取り出し口から排出する。２個の
空気圧口に空気圧と真空を順次適正に適用することによ
って、同じ溶液が両方の電池に同じ順序で同じ時間量だ
け保持される。空気圧を両方のダイアフラムに適用して
読む。この方法では、対照セルは非特異的結合または背
景信号をも制御する。

第１２図に示されるダイアフラム装置２８０は、それぞ
れハウジング２８６および２８８に第一および第二の空
気充満室２８２および２８４を有する。流体２９０を入
り口２９２を通って導入し、反応室２９０、導管２９２
を通って、対照反応室２９４中へと流れる。

流体は取り出し口２９５を通して除去することができる
。

弁２９６および２９８は流体の導入および除去を制御す
る。第一および第二の空気圧口３０４および３０６を設
けて、送液および読取りのための制御電極支持体の高さ
を制御する。

絶縁性制御電極支持体３０８および３１０はそれらの辺
縁部でダイアフラム３１２および３１４に接続され、そ
れらのダイアフラムは完全にセル支持体を取り囲み、空
気室を流体領域３１６および空気領域３１８に分割する
。それぞれの室では、複数の制御電極３２０が制御電極
支持体３０８および３１０上に配設され、リード３２２
によって、図示されてはいないが、回路に接続される。

リード３２４は基準電極３００を同じ回路に接続する。

それぞれの制御電極３２０に対して、ＬＥＤが設けられ
、動作電極３２６の特定部分であって、動作電極３２０
の特定領域に対向する部分を検査する。

第１２ａ図では、ダイアフラムと制御電極組み立て体の
横断面図が示され、ダイアフラム３１２の求心的溝が各
種リングによって描かれ、制御電極３２０は支持体３０
８によって支持される。

第１３図には、ストリップを用いる装置が表されており
、このストリップは、適当な空間的関係でストリップ上
に各種の異なる化学物質を加えることによって、複数の
測定に用いられる。この装置では、それぞれの部位で動
作電極の表面に対して多孔性ストリップを押圧するのに
ピストンが用いられる。これらの化学物質は単一の多孔
性層上に存在してもよく、またはそれぞれの要素が多孔
性または非多孔性支持体上に支持されていてもよい。こ
の方法では装置の外側で各種段階の分析を行い、ストリ
ップを装置に導入し、適当な溶液に浸漬し、観察される
信号に影きを与える生成物を生じさせる。

ストリップ測定装置３４０は、信号を供給する生成物を
生じる発色溶液を収容する室３４４を有するハウジング
３４２を有する。ストリップ３４８は受容口３５０およ
びチャンネル３５２を通って室３４４に４大される。複
数の制御電極３５４を配置して、測定のための試料およ
び／または対照部位を整合させる。動作電極として働く
半導体電極３５６は室３４４の一つの壁として働き、ガ
スケット３５７によって所定位置に固定される。ハウジ
ング３４２は対照電極ウェル３５８を有し、この中へ図
示されていないが対照電極を導入して発色溶液と電気的
に接触させる。この対照電極室を、対照電極ウェル３５
８をチャンネル３６０から分離するフリット・ディスク
と嵌合させる。ウェル３５８は、ＩＭのＫ（Ｊで満たさ
れ、Ａｇ／　ＡｇＣ１対照電極と協同して用いるのが好
都合である。チャンネル３６０は、弁３６４と嵌合した
出口３６１から出て行く。ピストンシリンダー棒３６４
はウェル３６６に嵌合して、ピストンがウェル３４４中
に伸びていてもよい。ワイヤー・コイル３６８はシリン
ダー棒３６４を取り巻き、制御電極３５４を移動させる
働きをして、ストリ、７プ３４８を動作電極３５６に押
圧するようにする。ピストン３６４はウェル３６６をＯ
−リング３７４で密封する。

特定の態様では、制御電極３５４はリード３７２によっ
て回路（図示せず）に接続されている。ピストン棒３６
４を、室３６６を被覆するカラー３７０と嵌合する。

ストリップ３４８はその一端に分析パッド３７６を有し
、分析物と分析系の成分とが相互作用するのに必要な試
薬を供する。

分析を行う場合には、ストリップ３４８は試料および必
要な試薬と結合して、適当な化学反応をパッド３７６で
起こさせる。次に、ストリップを入り口３５０を通して
溝３５２に導入し、ストリップを移動させ、パッド３７
６を適当な試薬を含むウェル３４４に配置する。例えば
、分析プロトコールが酵素をパッドに結合させることを
含む場合には、ウェルは基質を含むことができる。

もう一つの態様では、分析を行う場合には、ストリップ
３４８は試料またはパッド３７６で適当な化学反応を起
こすのに必要な試薬を収容する。次に、ストリップを入
り口３５８を通ってチャンネル３５２に導入し、パッド
３７６を適当な試薬または試料を含むウェル３４４にそ
れぞれ配置する。更にもう一つの本発明の態様では、分
析を行うには、ストリップ３４８は試料またはパッド３
７６で適当な化学反応を起こすのに必要な試薬を含む。

次に、このストリップを入り口３１５を通って１３５２
に導入して、パッド３７６を、所望ならば、試薬溶液を
含むウェル３４４に配置する。この態様では、ストリッ
プ３４８は適当な試薬または試料を含み、それぞれウィ
ッキングまたは毛細管作用によってパッド３７６に移動
して、パッド３７６で適当な化学反応を起こす。

ピストン３６４は室３６６にあって、シリンダーは引っ
込んだ位置にあり、制御電極がウェル３４４から取り除
かれる。ストリップを配置した後、コイル３６８を活性
化し、ピストンが内側に駆動してパッド３７６を半導体
電極３５６に対して押圧するようにする。光（図示せず
）を用いて、異なる時間に半導体電極３５６の反対側を
照射して照射光源がバッド部位の正反対側になるように
配置される。上記した回路を用いることにより、酵素生
成物の半導体電極の表面電位に対する影響を測定して試
料媒質中の分析物の量に関連づける。コイル３６６を、
次に賦活してシリンダー棒３６４を引っ込める。次に、
ストリップ３４８をハウジング３４２から取り除き、所
望ならばウェル３４４を洗浄し、次の試験のために準備
することができる。

ウレアーゼによって触媒される尿素の加水分解の結果と
して、ｐＨの変化を検出する場合に、各種容積の装置の
感度に対する影響を検討した。第１図の装置に匹敵する
装置で、以下の規格を有するものを用いた。

ｐ型Ｓｉつ！−バー２ｏオーム’　ｃｍ、ＬＥＤ赤外８
７０ｎｍ。

ピストンは０．２５”　　Ｋｅｌ　Ｆロンドで、中央に
存在するＰ゛ロツドあった。恨／塩化銀対照電極を用い
た。ＰＢＳ中でのウレアーゼ（２■／　ｍｌ　）を室中
で１０分間インキュベーションすることによって、酵素
が半導体表面に結合した。順次、洗浄の後、ウレアーゼ
基質溶液をフロー・セル中に導入し、Ｓｉ電極の表面と
シリコン表面に隣接するピストン末端との間の距離とし
て計測した各種畜さにピストンを調整した。定常振幅方
式での電子回路を用いて、バイアス電位の変化を時間の
関数として監視した。様々なピストンの高さについては
、ピストンを上昇させ、新しい基質を導入し、ピストン
の高さを適正に調整した。ｐＨ変化の則との計算は、標
準緩衝液を用いて計測した５０ｍＶ／ｐＨに基づいた。

これらの測定に基づいて、ピストンの高さを約４００μ
から約１４μの高さへ変化させると、ｐＨは１．５　ｐ
ｉ（単位／時から約２２０　ｐ　Ｈ単位／時へと変化率
が増加した。

次の検討は、一般的には第９図に示した装置において、
上記実験と同様の規格で行った。電位を、定常振幅方式
での電子回路を用いて、時間の関数として測定した。細
菌の栄養媒質を分析室に導入し、信号を３００秒間測定
して装置ベース・ラインを確立した。次に１０６個のＥ
・コーリー（Ｌ則■）をピストンを引っ込めたセル中に
満たし、次いで同じ媒質を加え、ピストンを下げて３０
０秒間信号を観察し、緩衝液濃度の０．１倍を含む細菌
媒質を用いて同じ系列の工程を繰り返した。

１回の導入からの細菌について、データーは、多数回の
読取りを行うことができることを示した。

この方法では、各種媒質に対する細菌の応答性を測定し
て、特定の種または菌株を決定することができる。

次の検討では、膜を使用しなかったことを除き、第９図
の装置を用いた。１０μｇ／ｍｌのウレアーゼ／ＰＢＳ
を分析室中で５分間インキュベーションした後、過剰の
酵素を洗浄によって除去し、定常振幅方式で電子回路を
用いて電位を時間の関数として測定した。次に、１６ｍ
Ｍの尿素を含む食塩溶液でＥＤＴＡをｌＯから０．１ｍ
Ｍまで変化させて測定を行った。総ての測定はピストン
を下げて行った。異なる濃度を読取りによって区別する
ことができた。濃度が０．１ｍＭ未満の緩衝液を用いる
ことは好都合ではないので、電極間の間隔は十分な感度
を得るには約１μｍより大きくなってはならない。

本発明によれば、詳細には分析物が極めて低い濃度で含
まれまたは極めて少量で存在する場合に、感受性の高い
分析を行う装置および技術が提供される。分析物が濾過
、沈澱、凝集、特異的結合、それらの組み合わせなどに
よって濃縮することができる場合には、分析物の存在か
ら生じる信号は、極めて小容積で極めて小さな面積に限
定することができる。従って、検出可能な信号からは大
きな振幅が得られ、極めて低濃度での存在または材料の
絶対量を検出することができる。

特に興味深いことは、酵素系を用いて半導体要素によっ
て検出することができる生成物を提供し、これは光また
は容量性効果にも応答することである。動作電極はｐＨ
の変化、レドックス電位、またはその他の検出可能な信
号に応答することができる。装置は小形化して単一の測
定または同時に複数の試料の測定に使用することができ
、自動化することができあるいは手動で操作することが
できる。適当な配置を用いることによって、試料媒質に
非常に似ている対照物を工夫して、条件が変化すること
による誤差が実質的にない値を提供することができる。

本発明の装置および方法は、分析実験室、医師の診療室
、家庭等で広範囲の用途が見出されている。

上記の発明を理解し解釈するために、図面と実施例とに
よって幾分詳細に説明したが、変化および改質を特許請
求の範囲内で実施し得ることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による第一の例示的電気化学的セルの
模式的横断面図であり、 第２図は、第一の例示的電気化学的セルの横断面図であ
って、プランジャーが「持ち上がった」位置にあること
を示し、 第３図は、第一の例示的電気化学的セルの横断面図であ
って、プランジャーが「下がった」位置にあることを示
し、 第４図は、本発明による第一の例示的電気化学的セルの
改変されたものの一部分の詳細な横断面図であり、 第５図は、本発明による電気化学的セルで使用する例示
的な模式的回路であり、 第６図は、本発明の第二の態様の平面図であり、第７図
は、第６図の区分７−７に沿って取った本発明の第二の
態様の横断面図であり、第８図は、カートリッジ装置の
模式図であり、第９図は、フィルター・フロー・セルの
模式図であり、 第１０図は、ウィッキング（Ｗｉｃｋｉｎｇ）装置の模
式図であり、第１０ａ図はピストンの平面図であり、第
１０ｂ図はピストンの底で上を見上げた図であり、第１
０ｃ図は例示的フィルター膜の平面図であり、第１１ａ
図は、堅いフィルター装置の模式図であり、第１１ｂ図
は溝付きピストンの横断面図であり、第１２図は、ダイ
アフラム装置の模式図であり、第１２ａ図は、ダイアフ
ラムの底から上を見上げた場合のダイアフラムと電極支
持体の模式的平面図であり、 第１３ａ図〜第１３ｃ図は、浸漬棒（ｄ　ｉ　ｐｓ　ｔ
　１ｃｋ）リーダーの態様の模式的側立面図であり、第
１３ａ図はＡ−Ａに沿った横断面図であり、第１３ｂ図
はピストンシリンダーの模式図であり、第１３ｃ図は浸
漬棒の平面図である。 １０・・・セル、　　　　　　１２・・・容器、１４・
・・ピストン、　　　　１６・・・動作電極、１８・・
・支持板、　　　　２ｏ・・・光源、２２　、２４　、
３０ａ　、　３０ｂ　・・・入り口、３２・・・０−リ
ング、 ３８・・・ストップ・カラー、 ４０・・・室、　　　　　　　４２・・・ピストン底部
、４４・・・動作電極の上部表面、 ５２　、５４・・・チャンネル、　６０　、６２・・・
逆止弁、６３・・・注射針、　　　　６６・・・照射表
面、７４・・・ポテンショスタット、 ７８・・・参考電極、　　　８０　、８２・・・出力、
８４・・・溶液、　　　　　　８６・・・スイッチ、１
０２・・・屈曲性カバー、１ｏ４・・・スペーサー、１
０６・・・ベースプレート、 １２０・・・カートリッジ器具、 １２６・・・ガイド、　　　　　１２８・・・試料室、
１３０・・・コーティング、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、分析物を含むと推定される試料における分析物の存
   在を決定する方法であって、 半導体電極で検出することができる計測可能な要素の濃
   縮物を液体分析媒質の存在において上記電極と接触させ
   （但し、上記測定可能な要素は上記試料中に存在する分
   析物の量に関係した量で上記濃縮物中に存在する）、 上記濃縮物と拡散連絡する前記媒質の容積を減少させ、 上記測定可能な要素が有する上記半導体電極に対する効
   果によって上記測定可能な要素を検出することを含んで
   成る方法。 ２、上記減少によって上記測定可能な要素が上記電極の
   表面に近接併置されるようになる、特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ３、上記効果を上記半導体電極の光応答によって測定す
   る、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４、分析物を含むと推定される試料における分析物の存
   在を測定する方法であって、 半導体電極で検出することができる酵素の濃縮物を該酵
   素のための基質を含む液体分析媒質の存在において上記
   電極と接触させ（但し、該酵素によって触媒される反応
   の基質または生成物は該電極によって直接または間接に
   検出可能であり、そして該酵素は上記試料中に存在する
   分析物の量に関係した量で上記濃縮物中に存在する）、 上記濃縮物と拡散連絡する上記媒質の容積を減少させ、 上記基質または生成物が有する上記半導体電極に対する
   効果によって上記基質または生成物を検出することを含
   んで成る方法。 ５、上記効果が上記半導体電極の光応答によって決定さ
   れる、特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６、半導体動作電極の電位に影響を与えることができる
   物質を測定する装置であって、 分析室と、 半導体動作電極と上記室の少なくとも壁の部分としての
   制御電極と、 上記電極を先端部から基端対向部に移動させる手段と、 上記室と連絡している少なくとも１個のチャンネルと、 上記電極を外部回路に接続する手段とを含んで成る装置
   。 ７、上記動作電極の少なくとも１部位に光を照射するよ
   うに配置された照射手段を有する、特許請求の範囲第６
   項記載の装置。 ８、半導体動作電極の電位に影響を与えることができる
   物質を測定する吸収性材料の器具を有する装置であって
   、 分析室であって、該室中へ上記器具を導入する入り口を
   有する室と、 上記器具の表面に併置されて配置される上記室の一つの
   壁の少なくとも一部分としての半導体動作電極と 上記室の第二の壁の少なくとも一部分としての制御電極
   と、 上記電極を先端部から基端対向部に移動させ、上記器具
   を上記動作電極と接触させる手段と、上記電極を外部回
   路に接続する手段とを含んで成る装置。 ９、上記動作電極の少なくとも一部位に光を照射するよ
   うに配置された照射手段を有する、特許請求の範囲第８
   項記載の吸収性材料の器具を有する装置。 １０、半導体動作電極の電位に影響を与えることができ
   る物質を測定する浸漬棒分析装置であって、分析室と、 上記分析室の一つの壁の少なくとも一部分としての半導
   体動作電極と 上記動作電極から遠位に配置された少なくとも一つの制
   御電極と、 浸漬棒を上記分析室へ導入する入り口と、 上記制御電極のそれぞれを先端部から、上記浸漬棒を該
   動作電極に押圧する位置に移動させる手段と、 上記分析室と連絡している少なくとも１個のチャンネル
   と、 上記電極を外部回路に接続する手段とを含んで成る装置
   。 １１、上記浸漬棒上の種々の部位に配置された複数の制
   御電極を有する、特許請求の範囲第１０項記載の浸漬棒
   分析装置。